[發明專利]進料噴嘴組件和用于氣/液反應的燃燒器設備

無效

• 申請號: 200580045972.1
• 申請日: 2005-12-14
• 公開（公告）號: CN101098750A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 查爾斯·利普
• 申請（專利權）人: 陶氏環球技術公司
• 主分類號: B01J19/26
• 分類號: B01J19/26;F23D14/22;F23D14/32
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 陳平

優先權

本申請要求2005年1月6日提交的美國申請No.11/030,925的權益。

技術領域

本發明涉及進料噴嘴，更特別地，涉及用于各種氣/液反應的進料噴嘴，所述氣/液反應包括化學合成反應以及燃燒和其它氧化反應，其中進料噴嘴是燃燒器設備的一部分。

背景技術

各種相關工業使用氣/液體系的反應以實現希望的最終結果。這些包括，例如，依靠燃燒作為能源的廢物減少工業、化學制造工業、氣體制造工業、以及能源相關工業。這些工業中的每一個一般通過通常在溫度升高的區域內精細霧化一種或更多種液體流而進行此反應。在氣化反應的情況下，霧化和更高的溫度都是用來促進液體到氣體相變，所述相變提高了在分子水平或接近分子水平的混合，從而有助于獲得想要的最終結果。此混合可以是一種或更多種液體化合物或組合物與特定氣體如空氣、氧氣、二氧化碳、蒸汽、惰性氣體如氬氣或氮氣、或它們的組合的混合。

對于上面類型的反應中的每一種，霧化通常發生在某些類型的反應容器中。一種普通類型的反應容器是加有耐火襯里、一般為圓柱形的容器，所述容器用于“燃燒”液體化學廢物，所述的液體化學廢物通常為鹵代烴的混合物。因為鹵代烴中的很多為氯化化合物，所以術語“R-Cl”通常用于描述它們。本質上，相同類型的燃燒反應如在簡單內燃機中一樣完成的，例如，在簡單內燃機中，霧化液體流在高溫區域與氧混合，且理想的高轉化率產生最終的氫、二氧化碳和一氧化碳產物，產物中含最小量的殘余碳(“煙灰”)。根據對原料(the?starting)和想要的最終產物的需要，將其它類型的反應容器用于很多種化學合成操作。

所列舉的工業為研發用于將它們特定的原料液體流輸送到適當反應容器中的適當進料噴嘴做出了很多創新。他們認識到在反應器內影響轉化率的很多因素，并且設計進料噴嘴以改變液體的速度、流體動力學特性以及噴射模式。這些設計選擇本質上由一個接受的概念啟發：即液體的液滴大小在確定過程的最終結果即性能方面是重要的因素。簡而言之，如果液滴太大，液體流與例如氧氣的氣體流混合會降低。如果混合降低(由分子之間界面的降低引起)，液體流的轉化率將同樣減小。如果轉化率減小，結果將通常是殘留的未反應的液體進料，所述的殘留的未反應的液體進料可以形成煙灰或離開反應器，這會導致不希望的環境問題。此煙灰可以堵塞設備，這導致昂貴的停機時間。由此，進料噴嘴技術一貫地認識到，為了保證維持適當的小的液滴尺寸，進料噴嘴的孔必須受到限制，這限制了噴嘴的通過量。此固有的液滴尺寸限制迄今一直限制操作效率，并導致了使用多個平行的反應容器或具有多個燃燒器噴嘴的單個反應容器，所述多個燃燒器噴嘴布置成霧化流不會聚。這是因為本領域普通技術人員已經將以下接受為公知常識：霧化流的會聚易于導致液滴尺寸的增大，因此轉化率降低。

重要的是應當注意到噴霧的特性可以幾種方式表達。一種通常的方式是使用噴霧的液滴尺寸平均值，例如“沙得平均直徑”(SMD)。噴霧的SMD是具有與整個噴霧相同的表面/體積比的平均液滴尺寸。可選地，噴霧可以由其“體積中線直徑(volume?median?diameter)”(“D_V”)來表征。此方法描述大于噴霧的特定比例的液滴直徑。例如，如果噴霧被描述為具有某一直徑值的“D_V90”，這意味著約90％的噴霧體積處于小于該直徑的液滴的狀態中。相似地，某一直徑值的“D_V50”意味著約50％體積的液體處于小于該直徑的液滴的狀態中。因為液滴遵循液滴蒸發的所謂“D平方律”，即蒸發時間與液滴尺寸的平方成比例，噴嘴性能的最好指標中的一個是噴霧的D_V90。最佳化的噴嘴系統也顯示了噴霧的D_V90與液滴的SMD之間的直接比例關系。考慮到這些關系，于是，SMD可以用來提供任何噴霧的清晰表征。

進料噴嘴在例如廢物減少工業中用作所謂的“燃燒器”的構件的情況中，遇到了另一問題。如在此使用的，術語“燃燒器”指這樣的設備，所述設備包括例進料裝置如噴嘴，以及在高溫環境中將液體進料流與氣體例如氧氣混合以便促進進料流的燃燒的裝置。噴嘴周圍的環境的高溫以及通常腐蝕性質的組合，即霧化的液體進料和氣體的混合物的高溫以及通常腐蝕性質的組合，易于縮短燃燒器的使用壽命。這種縮短是由用于構成燃燒器及其含有的噴嘴的金屬的腐蝕和/或熱疲勞所引起的。